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Prodotto Scalare nello Spazio delle Funzioni

Nello spazio delle funzioni il generico vettore viene sostituito da una funzione. Il prodotto scalare può essere ancora definito, ma il simbolo di sommatoria viene esteso a valori continui e diviene un integrale.

\(⟨f, g⟩ = \int_{-\infty}^{\infty} f(t) \cdot g(t)dt\)  indica il prodotto scalare di due funzioni nel dominio del tempo.

Due funzioni sono tra loro ortogonali se il loro prodotto scalare è pari a zero.

Anche in questo caso il numero generato dal prodotto scalare fornisce una stima di quanto \(f\) contribuisce su \(g\).

Effettuiamo ad esempio il prodotto scalare tra le funzioni:

\(f = sin(t)\) e \(g = cos(t)\)
Tra gli estremi \(-\pi\) e \(\pi\).
Dalla definizione \(⟨f, g⟩ = \int_{-\pi}^{\pi} sin(t) \cdot cos(t)dt\)
utilizzando l'identità \(sin(2t) = 2sin(t) \cdot cos(t)\) e sostituendo nell'integrale si ha:
$$⟨f, g⟩ = \int_{-\pi}^{\pi} sin(t) \cdot cos(t)dt = \int_{-\pi}^{\pi} sin(2t) \cdot d(2t) = \frac{1}{2} \int_{-2\pi}^{2\pi} sin(2t) \cdot d(2t) = -\frac{1}{2} cos(t) \int_{-2\pi}^{2\pi} = -0.5 [cos(2\pi) - cos(-2\pi)] =0$$
Due funzioni seno e coseno sono quindi tra loro ortogonali se il loro prodotto scalare è pari a zero.

Consideriamo il seguente esempio:

\(f = x(t)\) e \(g = e^{-j\omega t}\)
Tra gli estremi \(-\pi\) e \(\pi\).
Dalla definizione di prodotto scalare:
$$⟨f, g⟩ = \int_{-\infty}^{\infty} x(t) \cdot e^{-j\omega t} dt = \int_{-\infty}^{\infty} x(t) \cdot [cos(\omega t) - jsin(\omega t)] dt = \int_{-\infty}^{\infty} x(t) \cdot cos(\omega t) dt - j \int_{-\infty}^{\infty} x(t) \cdot sin(\omega t) dt$$
Questo prodotto può essere interpretato come un prodotto scalare tra:
la funzione \((x(t)\) e la funzione \(cos(\omega t)\) per ogni \(\omega\). la funzione \(x(t)\) e la funzione \(sin(\omega t)\) per ogni \(\omega\).

\(⟨f, g⟩ = \int_{-\infty}^{\infty} x(t) \cdot e^{-j\omega t} dt\) è detta Fast Fourier Transform.

Per ogni 𝜔 il prodotto scalare genera una coppia di numeri che sono i coefficienti di Fourier della trasformazione ed indicano se la generica componente \(cos(\omega t)\) o \(sin(\omega t)\) è contenuta nella \(x(t)\) per ogni valore di \(\omega\). In caso affermativo con quale presenza (valore del prodotto scalare \(\in \Re\)).

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